礦用高壓開關綜合保護裝置製造方法
2023-05-09 12:58:36
礦用高壓開關綜合保護裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種礦用高壓開關綜合保護裝置，包括中央處理單元，用於實現數據採集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關量輸入單元，用於開關狀態及斷路器的分、合閘狀態的採集；開關量輸出單元，用於控制繼電器動作，驅動短路跳閘功能實現；人機接口單元，用於人對裝置的狀態進行幹預，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用於實現防爆開關與上位機的通信並監視和控制供電系統的運行；數據採集單元，實時數據的採集及預處理；所述中央處理單元由DSP和單片機構成，DSP分別與所述開關量輸入單元、開關量輸出單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。本發明解決了傳統裝置計算速度慢、計算精度低和保護功能不完善的問題。
【專利說明】礦用高壓開關綜合保護裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於地質勘探領域，具體是一種礦用高壓開關綜合保護裝置。
【背景技術】
[0002]隨著煤礦現代化程度的不斷提高和井下高壓供電距離的增加，對煤礦井下供電系統可靠性！安全性和連續性的要求越來越高；同時，由於煤礦井下工作環境惡劣，負荷波動大，工況很不穩定，瓦斯煤塵積聚、滴水冒頂事故等會使電氣設備絕緣強度逐漸降低，同時由於操作人員維護不當或操作錯誤、輸電線路的導線斷裂等原因，經常會出現漏電及單相接地故障"接地故障若不及時排除，電網各相線會運行在線電壓下，長期運行將導致絕緣擊穿，甚至發生三相或兩相短路事故，單相接地、相間短路故障發生時產生的電弧能量會引起瓦斯、煤塵爆炸，直接危及人身安全和礦井生產，為了避免事故的發生，保障人身安全，有效減小事故範圍，研究高性能的高壓防爆開關綜合保護系統具有重要的現實意義和重大的經濟價值。
[0003]高壓開關綜合保護器是我國煤礦井下供電系統最為關鍵的配電設備，基於多處理器技術和現場總線技術的高壓開關智能綜合保護系統，不僅具有完善的保護和控制功能，而且具有液晶漢字顯示、運行數據查詢、故障記錄翻查和聯網通訊等功能。它的推廣和應用不但可以提高我國煤礦配電設備的智能化水平，保障人員和設備的安全，而且可以組網實現遠程操作，為礦井供電的無人化打下基礎。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了提供一種礦用高壓開關綜合保護裝置，以解決傳統裝置計算速度慢、計算精度低和保護功能不完善的問題。
[0005]為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的:
一種礦用高壓開關綜合保護裝置，包括中央處理單元，用於實現數據採集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關量輸入單元，用於開關狀態及斷路器的分、合閘狀態的採集；開關量輸出單元，用於控制繼電器動作，驅動短路跳閘功能實現；人機接口單元，用於人對裝置的狀態進行幹預，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用於實現防爆開關與上位機的通信並監視和控制供電系統的運行；數據採集單元，實時數據的採集及預處理；外圍擴展電路單元，用於對數據進行邏輯判斷、定時、存儲；所述中央處理單元由DSP和單片機構成，DSP分別與所述開關量輸入單元、開關量輸出單元和外圍擴展電路單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。
[0006]作為進一步說明，以上所述通信單元包括CAN通信單元和RS-485信單元,所述DSP通過CAN通信單元與上位機實現通信；所述單片機通過RS-485信單元與上位機實現通信。
[0007]作為進一步說明，以上所述DSP和單片機通過串行通信實現信息交換。
[0008]作為進一步說明，以上所述DSP為STM32F103。
[0009]作為進一步說明，以上所述單片機為P89C61X2。主要負責人機對話，處理紅外遙控操作、人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統任務，選用PHILIPS公司的P89C61X2。P89C61XZ內部包括1024位元組RAM，32路I/O輸入輸出通道，3個16位定時器，內嵌6源4優先級中斷以及內部時鐘振蕩器。
[0010]作為進一步說明，以上所述數據採集單元包括:
數模轉換單元，用於模擬信號轉化成數位訊號；
信號調理電路，用於模擬信號的調節，除去超過範圍的高頻分量；
其中信號調理電路採用RC無源低通濾波器將處理後信號送入採用2片16位A/D 轉換晶片的數模轉換單元。
[0011]作為進一步說明，以上所述人機接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。
[0012]作為進一步說明，以上所述外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、由於裝置實時性的要求很高，功能配置也較多，所以為了分擔主CPU的負擔，增加了一塊單片機作為從CPU負責人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統任務。此DSP和單片機的雙CPU結構，克服了傳統裝置計算速度慢、計算精度低和保護功能不完善的缺點，充分發揮了雙CPU結構並行工作、分工合作的優點以及DSP晶片運算速度快、擅長數位訊號處理的優點，既滿足繼電保護速動性、選擇性和可靠性的要求，同時又實現了實時測量的高精度。
[0014]2、本發明系統選用的S TM32F103晶片是一款基於Cortex — M3核心的32位ARM微控制器，它不僅簡化了系統的硬體設計，而且有支持睡眠、停機和待機3種省電模式，為系統的低功耗、本質安全性設計提供了保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式並不局限於實施例表示的範圍。
[0017]實施例:
一種礦用高壓開關綜合保護裝置，包括中央處理單元，用於實現數據採集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關量輸入單元，用於開關狀態及斷路器的分、合閘狀態的採集；開關量輸出單元，用於控制繼電器動作，驅動短路跳閘功能實現；人機接口單元，用於人對裝置的狀態進行幹預，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用於實現防爆開關與上位機的通信並監視和控制供電系統的運行；數據採集單元，實時數據的採集及預處理；外圍擴展電路單元，用於對數據進行邏輯判斷、定時、存儲；中央處理單元由DSP ( STM32F103)和單片機(P89C61X2)構成，DSP ( STM32F103)分別與開關量輸入單元、開關量和外圍擴展電路單元輸出單元連接，單片機(P89C61X2 )與人機接口單元連接。
[0018]通信單元包括CAN通信單元和RS-485信單元，DSP ( STM32F103)通過CAN通信單元與上位機實現通信；單片機(P89C61X2)通過RS-485信單元與上位機實現通信。DSP和單片機通過串行通信實現信息交換。
[0019]數據採集單元包括:
數模轉換單元，用於模擬信號轉化成數位訊號；
信號調理電路，用於模擬信號的調節，除去超過範圍的高頻分量；
其中信號調理電路採用RC無源低通濾波器將處理後信號送入採用2片16位A/D 轉換晶片的數模轉換單元。
[0020]人機接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。
[0021]外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
[0022]DSP作為主CPU控制模擬量的採集和計算、保護的判斷、開關量的輸入和輸出。
[0023]單片機(P89C61X2)作為從CPU通過RS-485通信單元負責人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統任務。
[0024]其中數據採集模塊包括信號調理電路及數模轉換單元，交流信號分別經過電壓互感器或電流互感器引入信號調理電路，之後送入數模轉換單元經過Α/D轉換處理成單片機可識別的數位訊號。由DSP進行數據處理後驅動開關量輸入模塊、開關量輸出模塊採用光電耦合器件驅動繼電器完成跳閘及警報功能。同時DSP通過串行通信將數據傳入單片機，單片機驅動人機接口模塊的IXD顯示器及功能按鍵正常工作。
【權利要求】
1.一種礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:包括中央處理單元，用於實現數據採集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關量輸入單元，用於開關狀態及斷路器的分、合閘狀態的採集；開關量輸出單元，用於控制繼電器動作，驅動短路跳閘功能實現?』人機接口單元，用於人對裝置的狀態進行幹預，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用於實現防爆開關與上位機的通信並監視和控制供電系統的運行；數據採集單元，實時數據的採集及預處理；外圍擴展電路單元，用於對數據進行邏輯判斷、定時、存儲；所述中央處理單兀由DSP和單片機構成，DSP分別與所述開關量輸入單兀、開關量輸出單兀和外圍擴展電路單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。
2.根據權利要求1所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述通信單元包括CAN通信單元和RS-485通信單元,所述DSP通過CAN通信單元與上位機實現通信；所述單片機通過RS-485通信單元與上位機實現通信。
3.根據權利要求1所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述DSP和單片機通過串行通信實現信息交換。
4.根據權利要求1所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述DSP為STM32F103。
5.根據權利要求1所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述單片機為P89C61X2。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述數據採集單元包括: 數模轉換單元，用於模擬信號轉化成數位訊號； 信號調理電路，用於模擬信號的調節，除去超過範圍的高頻分量； 其中信號調理電路採用RC無源低通濾波器將處理後信號送入採用2片16位A/D 轉換晶片的數模轉換單元。
7.根據權利要求6所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述人機接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。
8.根據權利要求6所述的礦用高壓開關綜合保護裝置，其特徵在於:所述外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
【文檔編號】H02H7/22GK103715666SQ201310712185
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】陳金龍, 伍軼斌, 胡俊鑫, 覃祖茂, 謝燕武, 伍正中, 張利學, 李勇, 吳旻馨, 馬永麗 申請人:柳州騰龍煤電科技股份有限公司